DE3941706C1 - - Google Patents

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Wolfgang Dr. 8000 Muenchen De Beyer
Armin 8045 Ismaning De Heinze
Eberhard Dr. 8042 Oberschleissheim De Unsoeld
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GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8042 NEUHERBERG DE
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur isotropen Abgabe und zur isotropen Aufnahme von Licht nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for isotropic delivery and for the isotropic absorption of light according to the generic term of Claim 1.

Bei gattungsgemäßen Vorrichtungen wird ein schwach absorbierender Streukörper auf dem planen, distalen Ende eines LWL befestigt.In generic devices, a weakly absorbent Diffuser attached to the flat, distal end of an optical fiber.

Bei isotropen Strahlern strahlt der LWL (=Lichtwellenleiter) ein zur seiner Achse symmetrisches, divergentes Lichtbündel ab. (Theoretischer Maximalwert der Divergenz bzw. Akzeptanz gängiger Quarzglasfasern: ca. 30°).With isotropic emitters, the LWL (= fiber optic cable) a divergent light beam symmetrical to its axis from. (Theoretical maximum value of the divergence or acceptance common quartz glass fibers: approx. 30 °).

In den Streukörper eingedrungene Photonen wechseln ihre Richtung in Abhängigkeit von der zurückgelegten Wegstrecke und der Streuteilchendichte mehrfach. Dies führt nur im Idealfall zu einer ungerichteten Abstrahlung.Photons that have penetrated into the scattering body change direction depending on the distance covered and the Scattering particle density several times. This leads to ideally only an omnidirectional radiation.

Bei isotropen Detektoren dringen Photonen aus beliebigen Raumrichtungen in einen kugelähnlichen Streukörper ein, in dem sie ihre ursprüngliche Richtung verlieren. Photonen, die innerhalb des Akzeptanzwinkels auf die plane Lichtleiterendfläche treffen, können in den LWL eintreten.With isotropic detectors, photons penetrate from any spatial direction into a spherical scattering body in which it lose their original direction. Photons inside of the acceptance angle meet the flat end of the light guide, can enter the fiber optic.

Diese Prinzipien liegen allen bisher bekannten Entwicklungen isotroper Strahler bzw. Detektoren zugrunde. Variiert wurde bisher lediglich die Ausführung des Streukörpers bzw. dessen Befestigung auf dem LWL, nicht aber die Endflächengeometrie des LWL im Sinne einer gezielten Beeinflussung seiner Abstrahl- bzw. Detektionscharakteristik.These principles lie with all known developments isotropic emitters or detectors. So far, only the design of the diffuser has been varied or its attachment to the fiber optic cable, but not the end surface geometry of the fiber optic in the sense of a targeted influence its radiation or detection characteristics.

Das US-Patent, Nr. 46 93 556, Mc Caughan, Jr. bezieht sich auf ein Verfahren zur Streukörperherstellung, das sich einer UV- härtenden Suspension aus Kleber und Streuteilchen bedient. Diese wird schichtweise auf einem planen LWL-Ende aufgebracht und ausgehärtet, wodurch nach mehreren Arbeitsgängen der Streukörper entsteht.U.S. Patent No. 4,693,556 to Mc Caughan, Jr. refers to a process for the production of scattering bodies which is subject to UV serving hardening suspension of glue and scattering particles. This is applied in layers on a flat fiber optic end  and hardened, whereby after several operations the Diffuser is created.

In Advances in Laser Medicine, Safety and Laser tissue interaction (Editoren: G. J. Müller, H. P.: Berlien), ecomed, Landsberg, 1989, Seite 358-368 beschrieben W. M. Star und J. P. A. Marÿnissen die Herstellung von isotropen Detektoren aus gebohrten und auf das LWL-Ende aufgeklebten Kunststoffkugeln.In Advances in Laser Medicine, Safety and Laser tissue interaction (Editors: G. J. Müller, H. P .: Berlien), ecomed, Landsberg, 1989, pages 358-368 described W. M. Star and J. P. A. Marÿnis the manufacture of isotropic detectors made of drilled plastic balls glued onto the fiber optic end.

In Photodynamic Therapy of Tumors and Other Diseasas (Editoren: G. Jori, C. Perria), Liberia progetto editore padova, 1985, Seite 371-385 beschreibt V. Russo u. a. konische distale LWL-Enden. Hier geht es jedoch lediglich um eine seitliche (ringförmige) Lichtabstrahlung. Ein mathematischer Zusammenhang zwischen Kegelwinkel und Abstrahlcharakteristik wird nicht hergestellt (die verwendete Ätztechnik zur Herstellung von Kegelenden ist ohnedies schlecht reproduzierbar).In Photodynamic Therapy of Tumors and Other Diseasas (editors: G. Jori, C. Perria), Liberia progetto editore padova, 1985, pages 371-385 describes V. Russo u. a. conical distal FO ends. However, this is only a side view (Ring-shaped) light emission. A mathematical connection between the cone angle and the radiation pattern not manufactured (the etching technique used to manufacture it of cone ends is anyway difficult to reproduce).

Aus der DE-OS 21 31 500 ist es bekannt eine LWL kegelförmig auszubilden. Der LWL ist ein Gradientenlichtleiter und die kegelförmige Ausbildung soll eine optimale Einkopplung von paralleler Strahlung in den Lichtleiter bewirken.From DE-OS 21 31 500 it is known a fiber optic cone to train. The FO is a gradient light guide and conical formation is said to be optimal coupling of cause parallel radiation in the light guide.

Eine isotrope Abstrahlcharakteristik läßt sich damit nicht erreichen.An isotropic radiation characteristic cannot be used to reach.

Des weiteren ist aus der US-PS 47 40 047 eine Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der ein einseitig abgeschrägter LWL so von einer Umhüllung umgeben ist, daß zwischen dem LWL Ende und der Umhüllung ein Hohlraum entsteht.Furthermore, an irradiation device is known from US Pat. No. 4,740,047 known in which a beveled on one side LWL is surrounded by a covering that between the LWL End and the envelope creates a cavity.

Die Abstrahlcharakteristik wird dadurch extrem asymmetrisch.This makes the radiation pattern extremely asymmetrical.

Bei allen bekannten Lösungen wird die axial gerichtete Abstrahlcharakteristik des LWL nur unvollständig in eine kugelsymmetrische Charakteristik umgewandelt. Besonders kritisch ist eine zu ineffektive Abstrahlung in die rückwärtige Hemisphäre. Dies ist bedingt durch:In all known solutions, the axially directed radiation characteristic of the fiber optic only incompletely into a spherical symmetry Characteristic converted. A too ineffective radiation in the rear hemisphere. This is due to:

Abschattung durch Verbindungselemente zwischen Streukörper und LWL sowie durch den LWL selbst (Verbindungselemente werden z. B. nötig, wenn die Leistungsdichte auf der Lichteintrittsfläche des Streukörpers durch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen LWL und Streukörper reduziert werden muß).Shading by connecting elements between the diffuser and LWL as well as by the LWL itself (connecting elements e.g. B. necessary if the power density on the light entry surface of the scattering body by increasing the distance between fiber and diffuser must be reduced).

Begrenzte Optimierbarkeit der Lichtumlenkung, wenn die Streukörperabmessungen (endoskopische Anwendungen!) und Absorptionsverluste (Überhitzung des Streukörpers!) klein gehalten werden sollen. Limited optimization of the light deflection if the Diffuser dimensions (endoscopic applications!) And Absorption losses (overheating of the scatter body!) Small to be held.  

Gängige isotrope Strahler (Durchmesser: 3-4 mm) sind zu groß für die meisten Endoskop- und Katheterkanäle. Eine Reduzierung der Strahlerabmessungen ist daher anzustreben. Gleichzeitig sind Abgabeleistungen von mindestens 2 W gefordert. Bei Verwendung planer Lichtleiterenden können beide Ziele nicht erreicht werden, da eine nicht akzeptable Verschlechterung der Abstrahlcharakteristik die Folge wäre.Common isotropic emitters (diameter: 3-4 mm) are closed great for most endoscope and catheter channels. A reduction the radiator dimensions should therefore be aimed for. At the same time output powers of at least 2 W are required. When using flat light guide ends, both goals can be achieved cannot be achieved because of an unacceptable deterioration the radiation pattern would be the consequence.

Die bekannten isotropen Detektoren zeichnen sich durch geringe Empfindlichkeit aus.The known isotropic detectors are characterized by small Sensitivity.

Der Lichtleiter mit planem Faserende besitzt eine im Vergleich zur Streukörperoberfläche kleine Eintrittsfläche, an der Photonen nur in einem stark eingeengten Raumwinkelbereich (maximale Akzeptanz ca. 30°) eintreten können.The light guide with a flat fiber end has one in comparison small entry surface to the surface of the diffuser at which Photons only in a very narrow solid angle range (maximum acceptance approx. 30 °) can occur.

Um eine ausreichende Lichtumlenkung im Streukörper zu gewährleisten, muß die Streuteilchendichte so hoch gewählt werden, daß ein großer Anteil des auftreffenden Lichts vom Streukörper zurückgestreut wird.To ensure sufficient light deflection in the diffuser, the scattering particle density must be chosen so high that a large proportion of the incident light from the Scattering body is scattered back.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Bestrahlung und Lichtdetektion in schwer zugänglichen Hohlräumen über LWL, z. B. bei medizinischen Laseranwendungen wie der integrale photodynamischen Therapie von Hohlorganen zu entwickeln. Dabei soll eine möglichst kugelsymmetrische Richtcharakteristik bei kleinen Durchmesser realisiert werden.The invention has for its object a device for the radiation and light detection in hard to reach Cavities over fiber, e.g. B. in medical laser applications like the integral photodynamic therapy of hollow organs to develop. It should be as spherical as possible Directional characteristics can be realized with small diameters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved. Describe the subclaims advantageous embodiments of the invention.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich insbesondere folgende Vorteile erzielen. The device according to the invention can in particular achieve the following advantages.  

Der Streukörper wird funktionell entlastet, d. h. er muß lediglich die Abstrahl- bzw. Detektionscharakteristik des Lichtleiterendes glätten.The scatter body is functionally relieved, i. H. he just has to the radiation or detection characteristic of the light guide end smooth.

Die Gesamtzahl der für eine kugelksymmetrische Abstrahlung bzw. Detektion benötigten Streuvorgänge sinkt. Aus der Daher möglichen Reduzierung der Streuteilchen(dichte) folgt:The total number for a spherically symmetrical radiation or detection required scattering decreases. From the possible reduction of the scattering particles (density) follows:

Ein geringerer Absorptionsverlust im Streukörper und damit ein hoher Schwellenwert für einen Strahlerdefekt durch Überhitzung.A lower absorption loss in the scattering body and thus a high threshold for a heater defect due to overheating.

Reduzierung der Detektionsverluste durch Rückstreuung an der Streukörperoberfläche.Reduction of detection losses through backscattering at the Diffuser surface.

Im Vergleich zum planen Faserende bestrahlt das Kegelende stets eine deutlich größere Fläche, z. B. in einer zylindrischen Bohrung des Streukörpers. Eine Reduzierung der Leistungsdichte durch rückwärtig versetzte Lichtleiterbefestigung kann daher vermieden werden. Abschattungen nach hinten werden so auf die Lichtleitfaser selbst reduziert und somit minimiert.In comparison to the flat fiber end, the cone end irradiates always a significantly larger area, e.g. B. in a cylindrical Bore of the scatter body. A reduction in the power density due to the fiber optic attachment at the back can therefore be avoided. Shading to the rear is thus on the optical fiber itself reduced and thus minimized.

Im Vergleich zu konventionellen Ausführungen sind kleinere Strahlerabmessungen und eine homogenere Abstrahlcharakteristik bei mindestens gleicher Belastbarkeit möglich.Compared to conventional designs are smaller Spotlight dimensions and a more homogeneous radiation pattern possible with at least the same load capacity.

Das kegelförmige LWL-Ende detektiert über einen großen Bereich erlaubter Eintrittswinkel und besitzt somit eine höhere Empfindlichkeit als ein planes LWL-Ende.The conical fiber optic end detects over a large area allowed entry angle and thus has a higher Sensitivity as a flat fiber optic end.

Falls erwünscht, kann durch gezielte Variation des Kegelwinkels auch eine betonte Bestrahlung der rückwärtigen Hemisphäre erfolgen.If desired, you can do this by specifically varying the cone angle also stressed radiation from the rear hemisphere respectively.

Dies ist dann vorteilhaft, wenn bei Integration des Strahlers in einen Katheter verstärkt Abschattungen durch den Katheter zu befürchten sind. This is advantageous if the radiator is integrated in a catheter increases shadowing through the catheter are to be feared.  

Bei der integralen photodynamischen Therapie nach tumorselektiver Anreicherung eines Photosensibilisators in der Organwand wird Tumoren und benachbartem gesundem Gewebe eine gemeinsame, im Idealfall über die gesamte Organwand örtlich konstante Lichtdosis appliziert.With integral photodynamic therapy after tumor selective Enrichment of a photosensitizer in the organ wall tumors and neighboring healthy tissue become a common, ideally locally constant over the entire organ wall Light dose applied.

Die dazu nötige homogene Ausleuchtung erreicht man in kugelähnlichen Organen wie der Harnblase am besten mit Hilfe eines "isotropen" Strahlers angenähert kugelsymmetrischer Abstrahlung.The homogeneous illumination required for this is achieved in spherical illumination Organs like the bladder best with the help of a "isotropic" radiator approximately spherical symmetrical radiation.

Ausgehend von klinischen Erfahrungswerten sind an einen geeigneten isotropen Strahler vor allem folgende Anforderungen zu stellen:Based on clinical experience, a suitable one isotropic emitter especially following requirements deliver:

Die Abstrahlcharakteristik soll sektoriell möglichst ausgeglichen sein, Asymmetrien vor allem zu Ungunsten der rückwärtigen Hemisphäre vermieden werden.The radiation pattern should be as sectoral as possible be balanced, asymmetries especially to the disadvantage of the rear hemisphere to be avoided.

Seine Abgabeleistung im Dauerbetrieb muß mindestens 2 Watt betragen, um die benötigte Lichtenergie in einer akzeptablen Behandlungszeit applizieren zu können.Its continuous power output must be at least 2 watts amount to the required light energy in an acceptable To be able to apply treatment time.

Der Strahler muß in klinische Endoskop- bzw. Kathetersysteme integrierbar sein (Durchmesser selbsttragender Streukörper: deutlich kleiner als 3 mm).The radiator must be in clinical endoscope or catheter systems can be integrated (diameter of self-supporting diffuser: significantly smaller than 3 mm).

Für Simulationen in Laboraufbauten werden geringere Abgabeleistungen, optimierte Abstrahlcharakteristik und je nach Verwendungszweck minimierte Abmessungen benötigt.For simulations in laboratory setups, lower output rates, optimized radiation characteristics and depending on the intended use minimized dimensions required.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.Two embodiments of the invention are as follows explained in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 Beispiele für die Strahler, undHere, FIGS. 1 and 2 Examples of the spotlight, and

Fig. 3 zeigt einen zentralen Längsschnitt durch das distale Ende des Lichtwellenleiters. Fig. 3 shows a central longitudinal section through the distal end of the optical waveguide.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen LWL mit Kern 1, Cladding 2 und Mantel 3, dessen distale Endfläche 4 eine der folgenden Formen aufweist: Kegel, Kegelstumpf jeweils mit Kegelwinkel 5. Ein das LWL-Ende umgebendes und im Vergleich zu diesem optisch dünneres Medium 6. Ein Streukörper 7, der auf dem LWL-Mantel 3 mittels der Verbindung 8 befestigt ist. Figs. 1 and 2 show an optical fiber with a core 1, cladding 2 and the jacket 3, the distal end surface 4 has one of the following forms: cone, truncated cone with each cone angle. 5 A medium 6 that surrounds the fiber optic end and is optically thinner than this. A diffuser 7 , which is attached to the fiber optic jacket 3 by means of the connection 8 .

Der Streukörper ist ein selbsttragender Körper aus einem Trägermaterial (z. B. Kunststoff, Glas oder Verbundwerkstoff) und einer streuenden Substanz (z. B. BaSO₄, TiO₂) dessen Durchmesser kleiner ist als 5 mm und bei dem das Verhältnis von Streukörper- zu LWL-Manteldurchmesser größer ist als 2.The scattering body is a self-supporting body made of a carrier material (e.g. plastic, glass or composite) and a scattering substance (e.g. BaSO₄, TiO₂) whose diameter is less than 5 mm and in which the ratio of Diffuser body to fiber optic jacket diameter is greater than 2.

Variante I (Fig. 1) zeigt einen massiven vorzugsweise kugelförmigen Streukörper mit einem Sackloch zur Aufnahme des LWL undVariant I ( Fig. 1) shows a solid, preferably spherical, diffuser with a blind hole for receiving the optical fiber and

Variante II (Fig. 2) einen vorzugsweise hohlkugelförmigen Streukörper mit einer röhrenförmigen Führung zur Aufnahme und zur Befestigung des LWL.Variant II ( Fig. 2) a preferably hollow spherical diffuser with a tubular guide for receiving and attaching the fiber.

Der Streukörper 7 hat folgende optische Eigenschaften:The diffuser 7 has the following optical properties:

Variante I:
Absorption in 7: <10%
Rückstreuung aus 7 in 6: <50%
Transmission durch 7: <50%
Variant I:
Absorption in 7 : <10%
Backscatter from 7 in 6 : <50%
Transmission through 7 : <50%

Variante II:
Absorption in 7: <10%
Rückstreuung aus 7 in 6: <50%
Transmission durch 7: <50%
Variant II:
Absorption in 7 : <10%
Backscatter from 7 in 6 : <50%
Transmission through 7 : <50%

Der benötigte Brechungsindex des mediumerfüllten Raums 6 richtet sich nach dem Brechungsindex von 1. Das Indexverhältnis 3 zu 6 muß größer als 1,3 sein. The required refractive index of the medium-filled space 6 depends on the refractive index of 1. The index ratio 3 to 6 must be greater than 1.3.

Das konische Ende 4 des LWL 1, 2, 3 dient der steuerbaren Lichtabstrahlung in die vordere (Abstrahlwinkel zur LWL-Achse: βa < 90°) und in die rückwärtige Hemisphäre βa < 90°). Die Lichtaufteilung auf beide Hemisphären ist in Abhängigkeit vom Kegelwinkel 5, von der Winkelverteilung der Photonen vor der ersten Grenzflächenberührung (repräsentiert durch die Winkel zwischen den Photonenwegen und der LWL-Achse) und dem Verhältnis der Brechungsindices n₁ und n₆ von 1 und 6 wie folgt zu erzielen:The conical end 4 of the optical fiber 1, 2, 3 is used for controllable light emission in the front (beam angle to the optical fiber axis: β a <90 °) and in the rear hemisphere β a <90 °). The light distribution on both hemispheres is dependent on the cone angle 5 , on the angular distribution of the photons before the first interface contact (represented by the angle between the photon paths and the fiber optic axis) and the ratio of the refractive indices n₁ and n₆ of 1 and 6 as follows achieve:

Unter der Annahme, daß der LWL-Kern 1 optisch dichter ist als das umgebende Medium 6, sind bei einer Grenzflächenberührung eines im LWL befindlichen Photons zwei Phänomene möglich:Assuming that the fiber optic core 1 is optically denser than the surrounding medium 6 , two phenomena are possible when a photon in the fiber optic contacts the interface:

  • 1. Brechung: das Photon tritt aus dem LWL aus, es ändert seine Richtung nach dem Brechungsgesetz.1st refraction: the photon emerges from the optical fiber, it changes its shape Direction according to the refraction law.
  • 2. Totalreflexion: das Photon bleibt im LWL, es ändert seine Richtung nach dem Reflexionsgesetz.
    Der Grenzwinkel der Totalreflexion αg und der Aufprallwinkel α 10 des Photons zur Grenzflächennormalen bestimmen, welches Phänomen auftritt. Es gilt: Brechung: | α | αg (1)Totalreflexion: | α | < αg (2)In konischen LWL-Enden gilt für den Aufprallwinkel α bei der n-ten Grenzflächenberührung (zweidimensionales Modell):α = 90° - Φ - δ/2 * (2 * n - 1) (3)mit:
    Φ: Winkel zwischen Photonenweg und LWL-Achse vor der 1. Grenzflächenberührung (positives Vorzeichen: Photonenweg zeigt von der LWL-Achse weg und umgekehrt, in Fig. 3: 9)
    δ: Kegelwinkel 5 (Winkel zwischen den Mantellinien)
    Für den Abstrahlwinkel 11 βa gilt:βa = 90° - δ/2 - arc sin (n₁/n₆ *sin α)Von besonderer Bedeutung für die Erfindung sind die in Fig. 3 zweidimensional dargestellten exemplarischen Strahlenwege 12, 13 und 14.
    Für diese gilt unter den Bedingungen a) und b):
    • a) Kegelwinkelbereich: 80° δ 90°
    • b) Verhältnis der Brechungsindices: n₁/n₆ < 1,3
    2. Total reflection: the photon remains in the optical fiber, it changes its direction according to the law of reflection.
    The critical angle of total reflection α g and the impact angle α 10 of the photon to the interface normal determine which phenomenon occurs. The following applies: refraction: | α | α g (1) total reflection: | α | <α g (2) In conical fiber optic ends the following applies to the impact angle α at the nth interface contact (two-dimensional model): α = 90 ° - Φ - δ / 2 * (2 * n - 1) (3) with:
    Φ: angle between photon path and fiber optic axis before the first interface contact (positive sign: photon path points away from the fiber optic axis and vice versa, in Fig. 3: 9)
    δ: cone angle 5 (angle between the surface lines)
    The following applies to the radiation angle 11 β a : β a = 90 ° - δ / 2 - arc sin (n₁ / n₆ * sin α) The exemplary beam paths 12, 13 and 14 shown in two dimensions in FIG. 3 are of particular importance for the invention.
    The following applies to these under conditions a) and b):
    • a) Cone angle range: 80 ° δ 90 °
    • b) ratio of the refractive indices: n₁ / n₆ <1.3

12 = Primäre Brechung (n = 1): 12 = primary refraction (n = 1):

α αg 0 βa δα α g 0 β a δ

Führt stets zu Abstrahlung in die vordere Hemisphäre.
13 = Primäre Totalreflexion (n = 1), sekundäre Brechung (n = 2):
Always leads to radiation in the front hemisphere.
13 = primary total reflection (n = 1), secondary refraction (n = 2):

n = 1: α < αg n = 1: α <α g

n = 2: | α | αg ca. 70° < βa < 135°.n = 2: | α | α g approx. 70 ° <β a <135 °.

Mit diesem Anteil kann je nach Parameterwahl nur die rückwärtige Hemisphäre oder beide Hemisphären bestrahlt werden.Depending on the parameter selection, only this back hemisphere or both hemispheres are irradiated.

14 = Primäre Totalreflexion (n = 1), sekundäre Totalreflexion (n = 2): 14 = primary total reflection (n = 1), secondary total reflection (n = 2):

n = 1: α < gα n = 1: α <g α

n = 2: | α | < αg, α negativn = 2: | α | <α g , α negative

Dieser Anteil wird in den Lichtleiter zurückreflektiert, geht damit verloren.This portion is reflected back into the light guide lost with it.

Durch Variation des Winkels 5 (δ), der Winkelverteilung im LWL (also dem Vorrat an Winkeln 9) und des Brechungsindexsprungs 1, 6 kann der Gesamtphotonenfluß durch den Lichtleiter gezielt auf die Strahlenwege 12, 13 und 14 verteilt werden. By varying the angle 5 (δ), the angle distribution in the optical fiber (that is, the supply of angles 9 ) and the refractive index jump 1, 6, the total photon flux through the light guide can be specifically distributed over the beam paths 12, 13 and 14 .

Das konische LWL-Ende ermöglicht so eine gezielte, den Eigenschaften des Streukörpers angemessene Lichteinstrahlung in beide Hemisphären.The conical fiber optic end enables a targeted, the properties of the scattering body appropriate light irradiation in both hemispheres.

Mit den Bedingungen a) und b) (s. o.) wird der gewünschte Spielraum des Rückwärts-vorwärts-Verhältnisses v von 1 < v < 3 abgedeckt:With the conditions a) and b) (see above), the desired Backward-forward ratio v covered by 1 <v <3:

Zur Erhöhung des in die vordere Hemisphäre abgestrahlten Lichts kann das konische LWL-Ende 4 abgestumpft werden.The conical fiber optic end 4 can be blunted to increase the light radiated into the front hemisphere.

Für isotropen Detektoren sind die Streukörper 7 genau so gebaut, wie für die isotropen Lichtquellen.For isotropic detectors, the scattering bodies 7 are constructed in exactly the same way as for the isotropic light sources.

Für die kegelförmigen Lichtleiterenden gilt folgendes:The following applies to the conical fiber ends:

Am Lichtleiterende können Photonen unter einem großen Winkelbereich in den Lichtleiter eintreten und somit detektiert werden.At the end of the light guide, photons can travel over a wide range of angles enter the light guide and are thus detected.

Die für den isotropen Strahler definierten Strahlenwege 12 und 13 sind umkehrbar, Strahlenweg 14 tritt nicht auf (Geometrie analog zu Fig. 3).The beam paths 12 and 13 defined for the isotropic emitter are reversible, beam path 14 does not occur (geometry analogous to FIG. 3).

Detektionswinkel βe (Analog zu 11) unter Bedingungen a) und b) (siehe Strahler):Detection angle β e (analogous to 11 ) under conditions a) and b) (see radiator):

  • 1: 0° < βe < δ bei N. A. (numerische Apertur des LWL) = 0,41: 0 ° <β e <δ at NA (numerical aperture of the FO) = 0.4
  • 2: ca. 70° < βe < ca. 135° bei N. A. = 0,42: approx. 70 ° <β e <approx. 135 ° at NA = 0.4

Die Detektionsraten der Strahlenwege 12 und 13 für Photonen, die auf die Kegelmantelfläche prallen, ist von der Richtungsverteilung der Photonen - somit indirekt von den optischen Eigenschaften des Streukörpers -, von der numerischen Apertur des Lichtleiters, vom Kegelwinkel 5 (δ) und vom Brechungsindexsprung 1, 6 abhängig.The detection rates of the beam paths 12 and 13 for photons hitting the surface of the cone depend on the directional distribution of the photons - thus indirectly on the optical properties of the scattering body - on the numerical aperture of the light guide, on the cone angle 5 (δ) and on the refractive index jump 1 , 6 dependent.

Durch geeignete Wahl obiger Parameter läßt sich die Detektionscharakteristik optimieren. The detection characteristic can be selected by a suitable choice of the above parameters optimize.  

Der erfinderische Gedanke ist die Kombination eines kegelförmigen Lichtleiterendes mit einem Streukörper, wobei die Abstrahl- bzw. Detektionscharakteristik durch den Kegelwinkel in einem definierten Bereich maßgeblich bestimmt wird.The inventive idea is the combination of a conical one Fiber optic end with a diffuser, the radiation or detection characteristic by the cone angle in a defined area is significantly determined.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur isotropen Abgabe und zur isotropen Aufnahme von Licht, welche aus einem Lichtwellenleiter besteht, dessen distales Ende sich in einem Streukörper befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das distale Ende des Lichtwellenleiters (1, 2, 3) kegelförmig ausgebildet ist und von einem an seinen Berührungsstellen (8) mit dem Mantel (3) des Lichtwellenleiters fest mit diesem verbundenen Streukörper (7) derart umschlossen wird, daß zwischen Lichtwellenleiterende (4) und Streukörper ein Hohlraum (6) entsteht.1. Device for isotropic delivery and for the isotropic absorption of light, which consists of an optical waveguide, the distal end of which is located in a diffuser, characterized in that the distal end of the optical waveguide ( 1, 2, 3 ) is conical and of one at its points of contact ( 8 ) with the jacket ( 3 ) of the optical waveguide, the diffuser ( 7 ), which is firmly connected to the latter, is enclosed such that a cavity ( 6 ) is formed between the optical waveguide end ( 4 ) and the diffuser. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streukösper (7) eine Hohlkugel ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the stray body ( 7 ) is a hollow sphere. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streukörper eine Kugel mit einem Sackloch zur Aufnahme des Lichtwellenleiters (1, 2, 3) ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the scattering body is a ball with a blind hole for receiving the optical waveguide ( 1, 2, 3 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtwellenleiterende (4) ein abgestumpfter Kegel ist.4. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that the optical fiber end ( 4 ) is a truncated cone.
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